Forskere vil bruge kvanteberegningsværktøjer til i sidste ende at hjælpe dem med at opdage molekyler i det ydre rum, der kan være forstadier til liv.
Billede: Alan Dyer/VW PICS/Universal Images Group via Getty Images
Kvantecomputere hjælper forskere med at undersøge universet på jagt efter liv uden for vores planet – og selvom det langt fra er sikkert, at de finder faktiske rumvæsner, kan resultaterne af eksperimentet være næsten lige så spændende.
Zapata Computing, der leverer kvantesoftwaretjenester, har annonceret et nyt partnerskab med Det Forenede Kongeriges University of Hull, som vil se forskere bruge kvanteberegningsværktøjer til i sidste ende at hjælpe dem med at opdage molekyler i det ydre rum, der kan være forstadier til liv.
I løbet af det otte ugers program vil kvanteressourcer blive kombineret med klassiske computerværktøjer til at løse komplekse beregninger med bedre nøjagtighed, med det endelige mål at finde ud af, om kvanteberegning kan give et nyttigt løft til astrofysikeres arbejde, på trods af teknologiens nuværende begrænsninger .
SE: Der er to typer kvanteberegning. Nu siger et selskab, at det vil tilbyde begge
At opdage liv i rummet er en lige så vanskelig opgave, som det lyder. Det hele handler om at finde beviser for molekyler, der har potentiale til at skabe og opretholde liv – og fordi forskere ikke har midlerne til at gå ud og observere molekylerne selv, skal de stole på alternative metoder.
Typisk er astrofysikere opmærksomme på lys, som kan analyseres gennem teleskoper. Det skyldes, at lys – for eksempel infrarød stråling genereret af nærliggende stjerner – ofte interagerer med molekyler i det ydre rum. Og når den gør det, vibrerer, roterer og absorberer partiklerne noget af lyset, hvilket efterlader en specifik signatur på de spektrale data, der kan hentes af forskere tilbage på Jorden.
For forskere er det derfor kun tilbage at registrere disse signaturer og spore tilbage til hvilke molekyler de svarer.
Problemet? MIT -forskere har tidligere fastslået, at over 14.000 molekyler kunne indikere tegn på liv i eksoplanets atmosfærer. Med andre ord er der stadig et stykke vej, før astrofysikere har tegnet en database over alle de forskellige måder, som disse molekyler kan interagere med lys – af alle de signaturer, de skal lede efter, når de peger deres teleskoper mod andre planeter.
Det er den udfordring, University of Hull har stillet sig selv: Institutionens Center for Astrofysik håber effektivt at generere en database med påviselige biologiske signaturer.
I over to årtier, forklarer David Benoit, lektor i molekylær fysik og astrokemi ved University of Hull, har forskere brugt klassiske midler til at prøve at forudsige disse signaturer; men metoden er hurtigt ved at løbe tør for damp.
Beregningerne udført af forskerne i centret i Hull involverer at beskrive præcis, hvordan elektroner interagerer med hinanden inden for et molekyle af interesse – tænk brint, ilt, nitrogen og så videre. “På klassiske computere kan vi beskrive interaktionerne, men problemet er, at dette er en faktorial algoritme, hvilket betyder, at jo flere elektroner du har, jo hurtigere vokser dit problem,” siger Benoit til ZDNet.
“Vi kan for eksempel gøre det med to brintatomer, men da du har noget meget større, f.eks. CO2, begynder du at miste din nerve lidt, fordi du bruger en supercomputer, og selvom de ikke har nok hukommelse eller computerkraft til at gøre det præcist. ”
Simulering af disse interaktioner med klassiske midler kommer derfor i sidste ende på bekostning af nøjagtighed. Men som Benoit siger, vil du ikke være den, der påstår at have opdaget liv på en exo-planet, da det faktisk var noget andet.
I modsætning til klassiske computere er kvantesystemer imidlertid bygget på kvantemekanikkens principper – dem, der styrer partiklers adfærd, når de tages i deres mindste skala: de samme principper som dem, der ligger til grund for adfærden hos elektroner og atomer i et molekyle.
Dette fik Benoit til at nærme sig Zapata med en “skør idé”: at bruge kvantecomputere til at løse kvanteproblemet i livet i rummet.
“Systemet er kvante, så i stedet for at tage en klassisk computer, der skal simulere alle kvantetingerne, kan du tage en kvanteting og måle den i stedet for at prøve at udtrække de kvantedata, vi ønsker,” forklarer Benoit.
Kvantecomputere kunne i sagens natur derfor give mulighed for nøjagtige beregninger af de mønstre, der definerer adfærden for komplekse kvantesystemer som molekyler, uden at kræve den enorme beregningskraft, som en klassisk simulering ville kræve.
De data, der udvindes fra kvanteberegningen om elektroners adfærd, kan derefter kombineres med klassiske metoder til at simulere signaturen af molekyler af interesse i rummet, når de kommer i kontakt med lys.
Det er stadig sandt, at de kvantecomputere, der i øjeblikket er tilgængelige til at udføre denne type beregninger, er begrænsede: de fleste systemer bryder ikke 100-qubit-tællingen, hvilket ikke er nok til at modellere meget komplekse molekyler.
SE: Forberedelse til 'guldalderen' for kunstig intelligens og maskinlæring
Benoit forklarer, at dette ikke har afskåret centerets forskere. “Vi kommer til at tage noget lille og ekstrapolere kvanteadfærden fra det lille system til det virkelige,” siger Benoit. “Vi kan allerede bruge de data, vi får fra et par qubits, fordi vi ved, at dataene er nøjagtige. Derefter kan vi ekstrapolere.”
Dermed ikke sagt, at tiden er inde til at slippe af med centerets supercomputere, fortsætter Benoit. Programmet starter kun, og i løbet af de næste otte uger vil forskerne finde ud af, om det overhovedet er muligt at udtrække den nøjagtige fysik i lille skala takket være en kvantecomputer for at hjælpe store- skala beregninger.
“Det forsøger at se, hvor langt vi kan skubbe quantum computing,” siger Benoit, “og se om det virkelig virker, om det virkelig er så godt, som vi tror det er.”
Hvis projektet lykkes, kan det udgøre en tidlig brugssag for kvantecomputere – en, der kunne demonstrere nytten af teknologien på trods af dens nuværende tekniske begrænsninger. Det er i sig selv en ret god præstation; den næste milepæl kan være opdagelsen af vores ekso-planet naboer.
Hardware
Ring, Echo og Astro: Alt Amazon har netop annonceret Seks grunde til, at jeg erstatter min Surface Pro 7 med en Surface Pro 8 Vores iPhones er seks år gamle. Det er derfor, vi frygter at opgradere dem De bedste Surface-pc'er (der er klar til Windows 11)
Relaterede emner:
pc'er Servere Lagring Netværksdatacentre 